Решение
Выписываем из приложения Б теплофизические свойства вишни:
– плотность
= 1 060 кг/м3;
– удельную
теплоемкость
= 3,52 кДж/(кг К).
Тепловой поток при охлаждении вишни:
кВт.
Рассчитываем средний температурный напор по уравнению (8.4), переходя от перекрестного тока к противотоку.
3 ОС
20
ºС
0 ºС
2
0ºС
0 ºС
3
ºС
– 2 ºС
– 2 ºС
ºС.
Вводим температурный коэффициент к температурному напору, равный 0,8.
ºС.
Используем значение коэффициента теплоотдачи из расчета задачи 5.3
=
78 Вт/(м2
К).
Требуемая площадь наружной поверхности плодов вишни на транспортере в пределах аппарата охлаждения
м2.
Определяем площадь наружной поверхности плодов массой 1 кг
.
(5.7)
м2/кг.
Необходимая масса продукции по условию обеспечения требуемой площади наружной поверхности плодов
кг.
Учитывая, что плоды касаются друг друга, необходимо увеличить массу плодов на транспортере в пределах аппарата на 20 % с целью обеспечения необходимой поверхности теплообмена
кг.
5.6. В воздушном морозильном аппарате замораживается клюква, средний размер ягод которой равен 15 мм. Средняя температура воздуха в аппарате минус 20 ºС.
Определить коэффициент теплоотдачи на поверхности ягод в псевдоожиженном слое при оптимальной скорости воздушного потока.
5.7. Зеленый горошек эквивалентным диаметром 12 мм охлаждается на конвейерной ленте в плотном слое. Начальная температура горошка 25 ºС, конечная температура 5 ºС. Температура воздуха на входе в слой 0 ºС, а на выходе равна 3 ºС. Скорость воздуха в сечении перед слоем горошка 0,6 м/с. Определить необходимую массу горошка на конвейере в пределах аппарата при производительности аппарата 200 кг/ч.
5.8. Воздушный
морозильный аппарат для замораживания
черники имеет производительность
=
700 кг/ч. Замораживание организуется в
псевдоожиженном слое. Температура
воздуха на входе в слой минус 30ºС,
на выходе – минус 27 ºС.
Начальная температура продукта 25 ºС,
конечная – минус 20 ºС.
Найти время замораживания и необходимую
массу продукта в грузовом отсеке
аппарата.
Решение
Выписываем теплофизические свойства черники из приложения Б:
– масса единичного
продукта
=
1,1 г;
– плотность
= 1 000 кг/м3;
– эквивалентный
диаметр
= 12 мм;
– влажность
= 82,3 %;
– удельная теплоемкость:
свежего продукта
= 3,6 кДж/(кг К);
замороженного
=
1,9 кДж/(кг К);
– криоскопическая
температура
= – 1,4ºС;
– насыпная
плотность
= 600 кг/м3;
– удельная теплота
льдообразования
= 277 кДж/кг.
Средняя температура воздуха
ºС.
Теплофизические свойства воздуха из приложения В:
– плотность
= 1,42 кг/м3;
– изобарная
удельная теплоемкость
= 1 кДж/(кг К);
– теплопроводность
= 0,022 Вт/(м К);
– кинематическая
вязкость
м2/с.
Число Архимеда
.
Критическое число Рейнольдса по формуле (5.4)
.
Скорость начала псевдоожижения
м/с.
Оптимальная скорость воздуха
м/с.
Вычислим оптимальную скорость по уравнению (5.5)
м/с.
Из двух значений принимаем наибольшее
м/с.
Находим:
– число Рейнольдса
;
– число Нуссельта по формуле (5.3а)
;
– коэффициент теплоотдачи на поверхности ягод в псевдоожиженном слое
Вт/(м2
К).
Удельная теплота замораживания по уравнению (3.1)
кДж/кг.
Доля вымороженной
влаги при
= – 20ºС
принята равной 0,81 (см. п. 3).
Выполним расчет удельной теплоты по уравнению (3.1а), используя данные об энтальпии продукта из приложения Б
кДж/кг.
В дальнейшем используем значение
= 315 кДж/кг.
Принимаем (см. п.3)
теплопроводность замороженного
продукта
= 1,1 Вт/(м К) и рассчитываем время
замораживания по уравнению (3. 2)
с.
При расчете среднего температурного напора допустимо принять температуру ягод одинаковой по всему объему псевдоожиженного слоя и равной температуре замороженного продукта.
В таком случае расчетная площадь поверхности теплообмена (площадь поверхности ягод) завышена.
ОС.
Тепловой поток при охлаждении ягод
кВт = 61 250 Вт.
Площадь поверхности теплообмена
м2.
Площадь наружной поверхности ягод массой 1 кг по уравнению (5.7)
м2/кг.
Необходимая для обеспечения теплообмена масса продукта
кг.
Определим объемный расход охлаждающего воздуха
м3/с.
Площадь поперечного сечения аппарата
м2.
Высоту неподвижного плотного слоя принято принимать равной от 5 до 10 эквивалентных диаметров ягод или плодов.
Принимаем
м.
Объем неподвижного плотного слоя в грузовом отсеке
м3.
Масса ягод в слое в пределах грузового отсека
кг.
Среднее время пребывания ягод в грузовом отсеке
ч = 1 050 с,
что значительно больше требуемого времени замораживания.
Ответ: 160 с и 200 кг.